Ny tilgang overvinder langvarige begrænsninger inden for optik for at øge effektiviteten af ​​Mie-spredning

Når du kigger op på himlen og ser skyer af vidunderlige former, eller kæmper for at kigge gennem tæt, diset tåge, ser du resultaterne af "Mie-spredning", som er, hvad der sker med lys, der interagerer med partikler af en vis størrelse. Der er en voksende mængde forskning, der sigter mod at manipulere dette fænomen og muliggøre en række spændende teknologier.

Nu, i en undersøgelse for nylig offentliggjort i Nature Communications , et multi-institutionelt forskerhold, herunder Osaka University, har overvundet, hvad der blev anset for at være grundlæggende begrænsninger for, hvordan man kan forbedre effektiviteten af ​​Mie-spredning. Artiklen har titlen "Multipole engineering by displacement resonance:a new grad of freedom of Mie resonance."

Forskere inden for meta-fotonik bruger fænomener som Mie-spredning til at generere enhedsoutput, der ikke er mulige med konventionelle nanomaterialer, for eksempel laveffekts overvågningsteknologi.

I mange år har forskere dog troet, at Mie-spredning kun kan manipuleres ved at ændre bølgelængden af ​​lyset eller størrelsen af ​​den nanostruktur, det interagerer med. At overvinde denne begrænsning – ved at udvide på nyere undersøgelser, der fokuserede på justeringen mellem laseren og nanostrukturerne – var målet med dette arbejde.

"I vores tilgang fejljusterer vi den indfaldende laser," forklarer Yu-Lung Tang, hovedforfatter af undersøgelsen. "Med andre ord forskyder vi belysningspositionen på en nanometerskala fra midten af ​​målnanostrukturen."

Ved at gøre det fandt forskerne ud af, at spredningen udvist af siliciumnanostrukturerne afhang af omfanget af fejljusteringen af ​​den stramt fokuserede laser med midten af ​​nanostrukturen. En fejljustering på kun 100 nanometer kunne inducere den maksimerede Mie-resonansspredning, der tidligere var tilsløret, fordi konventionel mikroskopi bruger planbølgelysbelysning.

Disse resultater kan øge effektiviteten af ​​optiske teknologier. For eksempel kunne holdets arbejde hjælpe forskere med at udvikle helt optiske transistorer, dvs. transistorer, der bruger lys i stedet for elektricitet og overgår ydeevnen af ​​deres konventionelle elektroniske modstykker.

"Vi er begejstrede, fordi vi har udvidet det grundlæggende i den århundredgamle lysteori om Mie-spredning," siger Junichi Takahara, seniorforfatter. "Ansøgninger spænder vidt og er i gang i vores laboratorium."

Dette arbejde er et vigtigt skridt fremad i vores forståelse af lys-stof-interaktioner. Desuden er disse resultater ikke begrænset til silicium, og den indfaldende laser behøver ikke at være en synlig bølgelængde, hvilket tilskynder til spændende fremskridt inden for metafotonik og bringer fantastiske teknologier som tilsløringsenheder et skridt tættere på virkeligheden.

Flere oplysninger: Yu-Lung Tang et al., Multipole engineering ved forskydningsresonans:en ny grad af frihed for Mie-resonans, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43063-y

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Osaka University